专利名称：一种铷原子频标的信噪比评估装置和方法
技术领域：
本发明涉及原子频标领域，特别涉及一种铷原子频标的信噪比评估装置和方法。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，人们对标准时钟源的需求越来越多。由于结构简单、体积功耗小和成本低等优点，铷原子频标在时钟源领域得到了广泛的应用。其中，铷原子频标的信噪比是铷原子频标重要的性能指标，决定了铷原子频标输出频率的稳定性。为了改善铷原子频标输出频率的稳定性，需对铷原子频标的信噪比进行评估。现有信噪比评估方法为，在铷原子频标系统外接扫频仪、记录仪和数据处理装置。具体地，运行铷原子频标整机，并改变扫频仪的输出频率；然后通过记录仪同步记录伺服环路输出的量子纠偏电压；最后将扫频仪的输出频率和量子纠偏电压存储至数据处理装置中，数据处理装置根据输出频率与量子纠偏电压的一一对应关系，得到铷原子频标的鉴频曲 线；并根据鉴频曲线相应点的坐标计算出铷原子频标的信噪比。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题通过外接扫频仪、记录仪和数据处理装置来测量铷原子频标的信噪比，一方面，测量信噪比时需要安装上述仪器，使得测量流程过于复杂；同时，现有的铷原子频标的各个功能模块往往是集成在一起的，额外安装其他设备比较困难，需要重新设计电路；另一方面，现有技术仅根据量子纠偏电压来计信噪比，其中信噪比公式中所需参数之一吸收因子为一个预估值，导致计算出的铷原子频标的信噪比不够准确。
发明内容
为了简化信噪比评估的流程，并提高铷原子频标的信噪比评估的准确度，本发明实施例提供了一种铷原子频标的信噪比评估装置和方法。所述技术方案如下—种铷原子频标的信噪比评估装置，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、综合器、伺服环路、微波倍混频电路和物理系统，所述装置包括第一模数采样单元，用于采集所述物理系统在未经调制的微波探询信号作用下输出的鉴频信号；所述未经调制的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的单频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生；第二模数采样单元，用于采集所述物理系统在调制后的微波探询信号作用下输出的鉴频信号经所述伺服环路锁相后的压控信号；所述调制后的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的键控调频信号两者经所述微波倍混频电路处理后广生;主控单元，用于输出第一扫频电压和第二扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比。
进一步地，所述主控单元还用于输出频移键控信号至所述综合器，控制所述综合器产生键控调频信号对所述微波探询信号进行调制，以得到所述调制后的微波探询信号；控制所述综合器产生单频信号至所述微波倍混频，以得到所述未经调制的微波探询信号 '及输出与所述频移键控信号同频且有固定相位差的同步信号至所述伺服环路，使所述伺服环路对所述鉴频信号进行锁相，得到所述压控信号。一种铷原子频标的信噪比评估方法，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、综合器、伺服环路、微波倍混频电路和物理系统，所述方法包括输出第一扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并采集所述物理系统在未经调制的微波探询信号作用下输出的鉴频信号；所述 未经调制的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的单频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生；输出第二扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并采集所述物理系统在调制后的微波探询信号作用下输出的鉴频信号经所述伺服环路锁相后得到的压控信号；所述调制后的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的键控调频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生；根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比。其中，所述根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比，包括根据所述鉴频信号与所述第一扫频电压的电压点的对应关系，绘制吸收曲线；根据所述压控信号与所述第二扫频电压的电压点的对应关系，绘制鉴频曲线；根据所述吸收曲线计算吸收因子；根据所述鉴频曲线计算线宽；获取预设的调制深度；采用所述吸收因子、所述线宽和所述调制深度计算所述铷原子频标的信噪比。具体地，所述吸收因子根据以下公式计算
M =—其中，α为所述吸收因子，I0为所述鉴频信号的最大值，Δ I为所述Ici与所述鉴频信号的最小值之间的差值。具体地，所述线宽根据以下公式计算Av = Sdv其中，Λ V为所述线宽，δ V为所述压控信号的最大值对应的第二扫频信号与所述压控信号的最小值对应的第二扫频信号之间的差值。具体地，所述铷原子频标的信噪比根据以下公式计算003权利要求
1.一种铷原子频标的信噪比评估装置，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、综合器、伺服环路、微波倍混频电路和物理系统，其特征在于，所述装置包括 第一模数采样单元，用于采集所述物理系统在未经调制的微波探询信号作用下输出的鉴频信号；所述未经调制的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的单频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生； 第二模数采样单元，用于采集所述物理系统在调制后的微波探询信号作用下输出的鉴频信号经所述伺服环路锁相后的压控信号；所述调制后的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的键控调频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生； 主控单元，用于输出第一扫频电压和第二扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述主控单元还用于 输出频移键控信号至所述综合器，控制所述综合器产生键控调频信号对所述微波探询信号进行调制，以得到所述调制后的微波探询信号； 控制所述综合器产生单频信号至所述微波倍混频，以得到所述未经调制的微波探询信号；及 输出与所述频移键控信号同频且有固定相位差的同步信号至所述伺服环路，使所述伺服环路对所述鉴频信号进行锁相，得到所述压控信号。
3.一种铷原子频标的信噪比评估方法，所述铷原子频标包括压控晶体振荡器、综合器、伺服环路、微波倍混频电路和物理系统，其特征在于，所述方法包括 输出第一扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并采集所述物理系统在未经调制的微波探询信号作用下输出的鉴频信号；所述未经调制的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的单频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生； 输出第二扫频电压至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器输出频率变化的信号；并采集所述物理系统在调制后的微波探询信号作用下输出的鉴频信号经所述伺服环路锁相后得到的压控信号；所述调制后的微波探询信号由所述压控晶体振荡器的输出信号和所述综合器输出的键控调频信号两者经所述微波倍混频电路处理后产生； 根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述鉴频信号和所述第一扫频电压的电压点的对应关系、以及所述压控信号和所述第二扫频电压的电压点的对应关系，计算所述铷原子频标的信噪比，包括 根据所述鉴频信号与所述第一扫频电压的电压点的对应关系，绘制吸收曲线； 根据所述压控信号与所述第二扫频电压的电压点的对应关系，绘制鉴频曲线； 根据所述吸收曲线计算吸收因子； 根据所述鉴频曲线计算线宽；获取预设的调制深度； 采用所述吸收因子、所述线宽和所述调制深度计算所述铷原子频标的信噪比。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吸收因子根据以下公式计算其中，a为所述吸收因子，Itl为所述鉴频信号的最大值，Al为所述Itl与所述鉴频信号的最小值之间的差值。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述线宽根据以下公式计算 = 其中，Av为所述线宽，Sv为所述压控信号的最大值对应的第二扫频信号与所述压控信号的最小值对应的第二扫频信号之间的差值。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述铷原子频标的信噪比根据以下公式计算 其中，I为所述铷原子频标的信噪比，e为所述预设的调制深度的二分之一、a为所N述吸收因子、Av为所述线宽、e为电荷、I0为所述鉴频信号的最大值。
全文摘要
本发明公开了一种铷原子频标的信噪比评估装置和方法，属于原子频标领域。所述装置包括第一模数采样单元、第二模数采样单元和主控单元。所述方法包括根据所述鉴频信号与所述第一扫频电压的电压点的对应关系，绘制吸收曲线；根据所述压控信号与所述第二扫频电压的电压点的对应关系，绘制鉴频曲线；根据所述吸收曲线计算吸收因子；根据所述鉴频曲线计算线宽；获取预设的调制深度；采用所述吸收因子、所述线宽和所述调制深度计算所述铷原子频标的信噪比。通过本发明，提高了铷原子频标信噪比的准确度。
文档编号H03L7/26GK102811056SQ20121025020
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者雷海东 申请人:江汉大学